%200078.jpg)
%200079.jpg)
%200080.jpg)
%200081.jpg)
%200082.jpg)
Khái niệm về sự lai hoá các obitan nguyên tử. Một số kiểu lai hoá điển hình. Vận dụng kiểu lai hoá để giải thích dạng hình học của phân tử. Thế nào là liên kết đơn, liên kết đôi và liên kết ba. Thế nào là liên kết xích ma (ơ), liên kết pi (II) ?Sự lai hoá các obitan nguyên tử là khái niệm quan trọng nhất của thuyết hoá trị định hướng, được Pau-linh đưa ra năm 1931 để giải thích sự định hướng cũng như độ bền của liên kết ở nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ (đặc biệt là phức chất).1 – KHÁI NIÊM VÊ SULAI HOÁ Để hiểu được khái niệm về sự lai hoá các obitan, ta xét liên kết trong phân tử CH4 Công thức cấu tạo:н н-ҫ-н H Cấu hình electron nguyên tử C (ở trạng thái kích thích):I III II1s2 2s’ 2pTrong phân tử CH4 có 4 liên kết C-H tạo thành bởi 4 obitan hoá trị (mỗi obitan có một electron độc thân) của nguyên tử C (một obitan 2s và ba obitan 2p) xen phủ với 4 obitan ls của 4 nguyên tử H. Như vậy, đáng lẽ trong phân tử CH4 phải có 2 loại liên kết khác nhau là: 1 liên kếts-s và 3 liên kết p-s. Tuy nhiên, thực nghiệm cho biết 4 liên kết C-H trong phân tử CH4 giống hệt nhau và tạo thành các góc liên kết đều bằng 109°28′. Để giải thích trường hợp trên đây và các trường hợp tương tự, các nhà hoá học Mĩ Slây-tơ(J. Slater) và Pau-linh đã đề ra thuyết lai hoá.Theo thuyết này, khi nguyên tử C tham gia liên kết với bốn nguyên tử H tạo thành phân tử CH4 thì một obitan 2s đã tổ hợp (“trộn lẫn”) với ba obitan 2p tạo thành bốn obitan mới giống hệt nhau, gọi là bốn obitan lai hoá spo (hình 3.9). Bốn obitan lai hoá spo xen phủ với bốn obitan ls của bốn nguyên tử H tạo thành bốn liên kết C-H giống hệt nhau. Như vậy: Sự lai hoá obitan nguyên tử là sự tổ hợp (“trộn lẫn”) một số obitan trong một nguyên tử để được từng ấy obitan lai hoá giống nhau nhưng định hướng khác nhau trong không gian. Nguyên nhân của sự lai hoá là các obitan hoá trị ở các phân lớp khác nhau có năng lượng và hình dạng khác nhau cần phải đồng nhất để tạo được liên kết bền với các nguyên tử khác.II – CÁC KIÊU LAI HOÁ THƯÖNG GẢP1. Lai hoá Sp Lai hoá sp là sự tổ hợp 1 obitan S với 1 obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 2 obitan lai hoá sp nằm thẳng hàng với nhau hướng về 2 phía, đối xứng nhau (hình 3.6). Lai hoá sp được gặp trong phân tử BeH2 (hình 3,7) và trong các phân tử C2H2, BeCl2.Hình 3.6. Dạng của một fan lai hoá sp1AOso 1AOp 2AO lai hoá sp H Be HTrạng thái lai hoá sp của nguyên tử beri Sự xem phủ các obitan tạo liên kết Be-HHình 3-7 خ۔ e.Như thế, sự lai hoá sp là nguyên nhân dẫn đến tính thẳng hàng (góc liên kết bằng 180°) của các liên kết trong những phân tử nêu trên.2. Lai hoá sp? Lai hoá spo là sự tổ hợp 1 obitan S với 2 obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 3 obitan lai hoá sp” nằm trong một mặt phẳng, định hướng từ tâm đến đỉnh của tam giác đều. Lai hoá sp” được gặp trong các phân tử BF3 (hình 3.8), C2H4. 1 AOs + 2AlOp 3AO lai hoá sp?Phân tử BFa Hình 3.8. Sự lai – – – – Y BF Sự lai hoá sp” là nguyên nhân dẫn đến các góc liên kết phẳng 120° trong BF3. 3. Lai hoá spo Lai hoá spo là sự tổ hợp 1 obitan S với 3 obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 4 obitan lai hoá spo định hướng từ tâm đến 4 đỉnh của hình tứ diện đều, các trục đối xứng của chúng tạo với nhau một góc 109°28′ (hình 3.9).Trong các phân tử H2O, NH3, CH4 và các ankan, ở các nguyên tử O, N, C có lai hoá spo.4 obitan lai hoá spo Phân tử CH,1 AOs lai hoá với 3AOp của nguyên tử cacbonHình 3.9. Sư lai hoá Sp3 và ܡ ܲ- – ܦ ܠܝ * liên kết H-C-H = 109°28)Chú ý: Các obitan chỉ lai hoá được với nhau khi năng lượng của chúng xấp xỉ bằng nhau.III – NHÂN XÉT CHUNG VÊ THUYÊT LAI HOÁThuyết lai hoá có vai trò giải thích hơn là tiên đoán dạng hình học của phân tử. Thường chỉ sau khi biết phân tử có dạng hình học gì, có những góc liên kết xác định được bằng thực nghiệm là bao nhiêu, mới dùng sự lai hoá để giải thích. Nếu cho một phân tử hay ion, chẳng hạn AB, mà không có dữ kiện nào, thì thuyết lai hoá sẽ không tiên đoán được là có sự lai hoá tứ diện hay vuông phẳng.78 IV – SU XEN PHỦ TRUCVA XEN PHỦ BÊN1. Sự xem phủ trục Sự xem phủ trong đó trục của các obitan tham gia liên kết trùng với đường nối tâm của hai nguyên tử liên kết gọi là sự xem phủ trục. Sự xem phủ trục tạo liên kết ơ (hình 3,10a).2. Sự xem phủ bên Sự xem phủ trong đó trục của các obitan tham gia liên kết song song với nhau và vuông góc với đường nối tâm của hai nguyên tử liên kết được gọi là sự xem phủ bên. Sự xem phủ bên tạo liên kết 7t (hình 3.10b).G.a) xen phủ trục b) xen phủ bênHình 3.10. Sự xen phủ các obitan tạo liên kếtV-SƯTAO THẢNH LIÊN KÉT ĐON, LIÊN KÊT ĐÔI VẢ LIÊN KÊT BA1. Liên kết đơn Ta đã biết, mỗi cặp electron chung của hai nguyên tử được tính là một liên kết và được biểu diễn bằng một gạch nối giữa kí hiệu của hai nguyên tử đó. Các nguyên tử trong các phân tử đã xét như H – H, H – C] đều liên kết với nhau bằng liên kết đơn. Liên kết đơn luôn luôn là liên kết ơ, được tạo thành từ sự xen phủ trục và thường bền vững.2. Liên kết đôi Trong phân tử etilen (C2H4), mỗi nguyên tử cacbon có sự lai hoá giữa một obitans với hai obitan p theo kiểu lai hoá sp”. Các obitan lai hoá tạo một liên kết Ở giữa hai nguyên tử cacbon và hai liên kết ơ với hai nguyên tử hiđro. Mỗi nguyên tử cacbon còn một obitan p không tham gia lai hoá sẽ xem phủ bên với nhau tạo liên kết TL. Liên kết giữa hai nguyên tử cacbon là liên kết đôi, gồm một liên kết ơ và một liên kết Tt. Các liên kết Tt kém bền hơn so với liên kết ơ (hình 3.11).79 Hình 3.11. Liên kết trong phân tửetilen 3. Liên kết ba Nguyên tử N có 5 electron lớp ngoài cùng, khi hình thành phân tử N2, mỗi nguyên tử góp 3 electron độc thân tạo thành ba liên kết. Người ta gọi đó là liên kết ba. Chúng ta có thể dựa vào cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử nitơ để giải thích liên kết trong phân tử nitơ.2s? 2p Mỗi nguyên tử nitơ dùng một obitan 2p, (quy ước lấy trục z làm trục liên kết) để tạo liên kết giữa hai nguyên tử theo kiểu xen phủ trục tạo liên kết ơ. Hai obitan p còn lại (2p,2p,) sẽ xen phủ bên với nhau từng đôi một tạo ra hai liên kết 7t. Mỗi liên kết kí hiệu bằng một gạch nối, công thức cấu tạo của phân tử nitơ có dạng liên kết ba: gồm một liên kết ơ và hai liên kết T.Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử nitơ:N = N Công thức cấu tạo của phân tử nitơ.Liên kết giữa hai nguyên tử được thực hiện bởi một liên kết ơ và một hay hai liên kết 7t được gọi là liên kết bội.BẢI TÂPThế nào là sự lai hoá ?Lấy các thí dụ minh hoạ ba kiểu lai hoá đã học. Mô tả liên kết hoá học trong phân tử BeHz, phân tử BF3, phân tử CH4 theo thuyết lai hoá. Mô tả sự hình thành liên kết trong các phân tử H2O, NH3 nhờ sự lai hoá spo các AO hoá trị của các nguyên tử O và N. Hãy mô tả hình dạng của các phân tử đó, Thế nào là sự xen phủ trục và sự xen phủ bên ? Lấy thí dụ minh hoạ. Thế nào là liên kết ơ, liên kết n và nêu tính chất của chúng ? Thế nào là liên kết đơn ? Liên kết đôi ? Liên kết ba ? Cho thí dụ, Mô tả sự hình thành các liên kết trong phân tử HCl, C2H4, CO2, N2.8 O